大阪大学团队揭示了"亚晶格熔化"机制——离子在固体框架保持完整的情况下像液体一样快速流动。这一发现为下一代固态电池材料提供了设计原则。
一种看似矛盾的现象长期困扰着材料科学家：在某些固体材料中，离子能以极快速度传导，仿佛在液体中穿行，而固体的晶体框架却纹丝不动。这被称为超离子传导。
大阪大学联合AIST、RIKKEN和东京科学研究所的团队，通过建立一个极度简化的模型破解了这一机制。模型只保留了最核心的物理要素：刚性格点中的主体粒子，以及更小、更可动的载流子粒子。
左：根据本模型计算得到的宿主粒子和载流子粒子的扩散系数(电导率)。在超离子导电区域，载流子粒子表现出极高的电导率，而宿主粒子在维持晶体骨架的同时几乎保持静止。
右：载流子粒子以类似液体的运动方式穿过构成晶体骨架的宿主粒子之间的间隙，清晰地展示了它们的快速传输。
关键发现出现在温度上升时。载流子先是失去有序排列，然后开始像液体一样流动——而主体晶格仍然保持固态。这种现象被称为"亚晶格熔化"。
更有趣的是，在相变点附近，离子并非各自独立跳跃，而是以"协同的、空间异质的、像串珠一样的模式"集体运动。研究发现，越来越强的非谐性晶格振动软化了载流子的局部环境，促进了这种集体运动。
由于模型捕捉的是普适物理原理而非特定化学属性，其结论广泛适用于各种材料。正如通讯作者Takeshi Kawasaki所说，正是从简单模型入手，才让他们"找到了可以指导新型离子导电材料设计的普适物理规律"。
原文：https://phys.org/news/2026-07-ions-liquid-solid-crystal.html